JP2019089113A - プレス成形装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形途中におけるひずみの戻し量の調整を安定的にでき、スプリングバックを安定して抑制できるプレス成形装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形装置１は、長手方向に延びる溝形状部５１ｄを有し、溝形状部５１ｄを形成する一対の縦壁部５１ｂ、５１ｃに長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品５１を成形するものであって、パッド１１とパッド１１の両側に配置された一組の縦壁・フランジ成形部１３とを有するダイ３と、縦壁部５１ｂ、５１ｃの下部と前記フランジ部とを成形する下部パンチ５と、下部パンチ５に対して高さ方向で離接可能に設けられ、溝形状部５１ｄの上部を成形する上部パンチ７と、下部パンチ５との間のパンチギャップＧを調整可能に上部パンチ７を支持する上部パンチ支持機構９とを備え、縦壁・フランジ成形部１３は互いに他方と独立して高さを変更可能に構成されているものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するプレス成形装置及び方法に関する。

プレス成形とは、その対象物である材料（ブランク）に金型を押し付けることにより、金型の形状をブランクに転写して加工を行う方法のことである。プレス成形においては、プレス成形品を金型から取り出した後に、そのプレス成形品内の残留応力が弾性回復することによって起こる形状不良、いわゆるスプリングバックが発生し、所望の形状とは異なってしまう問題がしばしば発生する。

スプリングバックがどの程度生じるかについては、主に材料の強度に大きく影響される。昨今では、特に自動車業界を中心に、自動車車体の軽量化の観点から車体部品に高強度な鋼板を使用する傾向が強くなっており、このような材料の高強度化に伴いスプリングバックの生じる程度が大きくなっている。
このため、スプリングバック後の形状を目標とする設計形状に近づけるために、生産現場では熟練者が金型を幾度も修正して、トライアル＆エラーを重ねなければならず、その結果、生産準備期間が長期化してしまう。したがって、スプリングバックを効果的に低減できる方法を開発することは、自動車の開発期間やコストを削減する上でも、ますます重要な課題であると言える。

スプリングバックの低減には、その発生原因である応力のコントロールが必要不可欠である。部品形状の断面が長手方向に変化しないストレート部品では、スプリングバックは口開きなどの２次元的な断面形状の変化にとどまり、応力のコントロールは比較的容易である。一方、部品形状の断面が長手方向に変化する湾曲した部品では、２次元的な断面形状の変化に加え、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックが発生する。３次元的なスプリングバックを引き起こす応力は複雑で、その制御は極めて困難である。
湾曲部品の捩れや曲がりの３次元的なスプリングバックを低減する技術として、特許文献１に「プレス成形方法及び装置」が提案されている。

同文献においては、例えば図９に示すようなパンチ底部５１ａと縦壁部５１ｂ、５１ｃからなる溝形状部５１ｄおよびフランジ部（湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆ）で形成され、かつ長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する成形品５１をフォーム成形した際に成形品５１に生じるスプリングバックの形態について検討されている。
本発明は、同文献で検討されたスプリングバック低減のメカニズムを前提としているので、以下において同文献で検討されたメカニズムを概説する。

従来の単純なフォーム成形では、図１０の斜視図、図１１の断面図に示すように、ダイ５３とパンチ５５を有するプレス成形金型５７でブランク６９（図１１参照）を挟み込むことで成形を行う。図１２は成形前後のブランク外形線を示した図であり、破線が成形前のブランク外形線を、実線が下死点でのブランク外形線を示している。湾曲曲率の大きい側（曲率半径の小さい側）のフランジ部（以下、湾曲内側フランジ部５１ｅ）に該当する外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は小さくなり（曲率半径は大きくなり）線長が長くなる（A₀B₀→A₁B₁）。つまり、湾曲内側フランジ部５１ｅは伸びフランジ成形となり、下死点では長手方向に引張応力が残留する。

一方、湾曲曲率の小さい側（曲率半径の大きい側）のフランジ部（以下、湾曲外側フランジ部５１ｆ）ではその逆で、外形線は成形によりブランクが流入することで曲率は大きくなり（曲率半径は小さくなり）線長が短くなる。（C₀D₀→C₁D₁）。つまり、湾曲外側フランジ部５１ｆは縮みフランジ変形となり、下死点では長手方向に圧縮応力が残留する。
これらの残留応力は離型時に弾性回復し、湾曲内側フランジ部５１ｅでは縮み変形、湾曲外側フランジ部５１ｆは伸び変形となり、その結果、図１３に示すように、部品は湾曲曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるような曲がり変形となるスプリングバックが発生する。なお、図１３において、破線がスプリングバック前の形状を示しており、実線がスプリングバック後の形状を示している。

以上のように、長手方向に湾曲したフランジ部を有する成形品では、フランジ部における残留応力が離型時に解放されるため、成形品全体に曲がり変形を与えるスプリングバックを生じさせる。このことから、このような成形品では、フランジ部の残留応力の低減が、成形品のスプリングバック低減に非常に重要であるといえる。

プレス成形過程においてフランジ部の線長を目標形状よりも大きく変化させ、その後にフランジ部の線長を目標形状に戻すような成形をすることにより、フランジ部の残留応力を低減させる技術が特許文献１の発明である。
特許文献１に開示されたプレス成形装置５９の成形中の断面を図１４に示す。プレス成形装置５９は、ダイ６１と、ダイ６１に対向配置されたフランジ成形用ダイ６３と、支持機構６５によって上下動可能に支持されたパンチ６７と、ブランク６９をパンチ６７に押圧するパッド７１とを備えている。
特許文献１のプレス成形方法は、ダイ６１とパンチ６７によってパンチ底部５１ａ及び縦壁部５１ｂ、５１ｃを目標形状に第１下死点まで成形すると共に、湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆについて、湾曲内側フランジ部５１ｅに対しては長手方向の線長が成形品５１のフランジ部の線長よりも長く、湾曲外側フランジ部５１ｆに対しては長手方向の線長が成形品５１のフランジ部の線長よりも短くなるように成形する第１成形工程（図１４（ａ）〜図１４（ｃ）参照）と、ダイ６１とフランジ成形用ダイ６３によって第１成形工程で成形された湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを成形品５１の目標形状に第２下死点まで成形する第２成形工程（図１４（ｃ）、（ｄ）参照）とを備え、第１成形工程と第２成形工程を１度のプレス成形で行うことを特徴とするものである。

図１５は、湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆにおけるプレス成形開始前から第１下死点さらに第２下死点までの線長の変化を説明する説明図である。図１５では、湾曲の内側および外側のそれぞれについて、破線の丸で囲んだ部分を拡大して示している。各拡大図において、破線がプレス成形前のブランク６９の内側端６９ａおよび外側端６９ｂ、点線が第１下死点における内側端６９ａおよび外側端６９ｂ、そして実線が第２下死点における内側端６９ａおよび外側端６９ｂをそれぞれ示している。

プレス成形開始前の内側端６９ａのA₀点、B₀点は、それぞれ、第１下死点ではA₁点、B₁点になり、第２下死点ではA₂点、B₂点となり、線長はA₀B₀→A₁B₁→A₂B₂と変化する。成形開始から第１下死点までの第１成形工程の間、ブランクの流入により内側端６９ａにおけるA₀B₀はA₁B₁となり、内側端６９ａの線長は引き伸ばされて長くなる（伸びフランジ変形）。次いで、第１下死点から第２下死点までの第２成形工程の間、内側端６９ａは外側に押し出される（湾曲中心に向かって流出する）変形をするため、内側端６９ａの線長はわずかに短くなり（A₁B₁→A₂B₂）、第２下死点で目標形状相当の線長になる。

一方、外側端６９ｂでは内側端６９ａとは逆の現象が起こる。プレス成形開始前の外側端６９ｂのC₀点、D₀点は、それぞれ、第１下死点ではC₁点、D₁点になり、第２下死点ではC₂点、D₂点となり、線長はC₀D₀→C₁D₁→C₂D₂と変化する。成形開始から第１下死点までの第１成形工程の間、ブランクの流入により外側端６９ｂにおけるC₀D₀はC₁D₁となり、外側端６９ｂの線長は縮められて短くなる（縮みフランジ変形）。次いで、第１下死点から第２下死点までの第２成形工程の間、外側端６９ｂは外側に押し出される（湾曲外側に向かって流出する）変形をするため、外側端６９ｂの線長はわずかに長くなり（C₁D₁→C₂D₂）、第２下死点で目標形状相当の線長になる。

このように、湾曲内側フランジ部５１ｅに対しては、第１成形工程において、一旦、成形品５１の目標形状よりも線長が長くなる成形を行い、第２成形工程において成形品５１の目標形状の線長に戻す成形を行う。湾曲外側フランジ部５１ｆに対しては、第１成形工程において、一旦、成形品５１の目標形状よりも線長が短くなる成形を行い、第２成形工程において成形品５１の目標形状の線長に戻す成形を行う。このため、湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆにおいて、第１成形工程で生じたひずみが第２成形工程でわずかに戻されることになり、残留応力が大幅に低減される。

この点について、図１６に基づいて説明する。図１６は、フランジ部の成形開始から第２下死点までの長手方向の応力−ひずみ線図である。図１６に示すように、第１成形工程により第１下死点のフランジ部には、大きな残留応力が蓄積される。しかし、第２成形工程で、第１下死点から第２下死点までひずみをわずかに戻すことによって残留応力は大幅に低減する。
以上のように、特許文献１の発明は、わずかにひずみを戻すことによって、残留応力が敏感に大きく変化する特徴を利用したものである。

特開２０１５−２７６９８号公報

特許文献１で開示されたスプリングバック抑制のメカニズムは、第１下死点から第２下死点までの過程でひずみをわずかに戻すことによって残留応力を大幅に低減するというものであり、ひずみの戻し量をどの程度にするかが重要である。
そして、ひずみの戻し量は第１下死点（図１４（ｃ）参照）から第２下死点（図１４（ｄ）参照）に至るパンチの下降量（相対移動距離ｈ）（図１４（ａ）参照）に関係しており、相対移動距離ｈを確実かつ正確に調整できることが重要である。

しかしながら、特許文献１に開示されているプレス成形装置５９では、固定されているのはフランジ成形用ダイ６３であり、パンチ６７はその全体が支持機構６５により支えられ、プレス成形中にパンチ６７全体が動く構造になっている。このため、ブランクの材料強度のばらつきや、機械的な遊びの影響により、プレス成形中のパンチ６７の動きが不安定になる場合があった。
パンチ６７の動きがプレス成形の各ショットで同じでないと、上述の相対移動距離ｈがショットごとに変化してひずみの戻し量が変化することになる。このため、スプリングバック後の形状がショットごとに変動する場合があり、この点では特許文献１のプレス成形装置５９ではスプリングバック後の目標形状がばらつく恐れがある。

また、特許文献１に開示されているプレス成形装置５９では、相対移動距離ｈは第１下死点におけるパンチ６７の位置のみで設定するものであり、パンチ位置の微調整に手間取ると、スプリングバックを確実に防止するのが難しいという課題がある。
さらに、湾曲内側フランジ部と湾曲外側フランジ部のプレス方向の位置が同じであり、相対移動距離ｈの調整を湾曲内側フランジ部と湾曲外側フランジ部で個別にできないため、捩れや曲がりといった複雑な３次元的なスプリングバックに柔軟に対応することが難しいという課題もあった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、成形途中におけるひずみの戻し量が一定になるような調整を行うことができ、スプリングバックを抑制できるプレス成形装置及び方法を得ることを目的としている。
また、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックを安定して低減できるプレス成形装置及び方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形装置は、パンチ底部と該パンチ底部の両側から連続する一対の縦壁部とからなり長手方向に延びる溝形状部を有し、前記縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する成形品を目標形状に成形するものであって、前記パンチ底部を成形するパンチ底成形部と、該パンチ底成形部の両側に配置されて前記縦壁部と前記フランジ部とを成形する縦壁・フランジ成形部を有するダイと、該ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能に（離れたり接したりできるように）設けられ、前記ダイと協働して前記パンチ底部および前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、前記下部パンチ内に設置され、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持する上部パンチ支持機構とを備え、前記長手方向に沿って湾曲するフランジ部側にある前記縦壁・フランジ成形部の少なくとも一方は他方と独立して高さを変更可能に構成されていることを特徴とするものである。

（２）本発明に係るプレス成形方法は、パンチ底部と該パンチ底部の両側から連続する一対の縦壁部とからなり長手方向に延びる溝形状部を有し、前記縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、上記（１）に記載のプレス成形装置を用いて成形するものであって、前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に前記縦壁・フランジ成形部の一方と他方を同じ高さ又は異なる高さにした状態で前記ダイを前記下部パンチ側に移動させて、前記ダイと前記上部パンチによって前記縦壁部の上部を成形する前成形工程と、前記ダイを前記下部パンチ側にさらに移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて、前記ダイと前記下部パンチとで前記縦壁部およびフランジ部を前記目標形状に成形する後成形工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（３）本発明に係るプレス成形方法は、長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、上記（１）に記載のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記ダイを前記下部パンチ側に移動させ前記縦壁・フランジ成形部を前記下部パンチのフランジ成形部との間に所定のダイギャップを形成する第１成形工程と、前記ダイを前記下部パンチ側にさらに移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつける第２成形工程と、前記縦壁・フランジ成形部を前記フランジ成形部側にさらに移動させて前記ダイギャップがない状態にすることで、前記目標形状に成形する第３成形工程と、を備え、前記第１成形工程において形成されるダイギャップが、前記縦壁・フランジ成形部の一方と他方で異なるように、前記第１成形工程において前記変更可能な縦壁・フランジ成形部の高さを調整することを特徴とするものである。

本発明においては、パンチ底部と該パンチ底部の両側から連続する一対の縦壁部とからなり長手方向に延びる溝形状部を有し、前記縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を成形するものであって、前記パンチ底部を成形するパンチ底成形部と、該パンチ底成形部の両側に配置されて前記縦壁部と前記フランジ部を成形する縦壁・フランジ成形部とを有するダイと、該ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、該下部パンチに対して高さ方向で離接可能に（離れたり接したりできるように）設けられ、前記ダイと協働して前記パンチ底部および前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、前記下部パンチ内に設置され、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持する上部パンチ支持機構とを備え、前記長手方向に沿って湾曲するフランジ部側にある前記縦壁・フランジ成形部の少なくとも一方は他方と独立して高さを変更可能に構成されていることにより、成形途中におけるひずみの戻し量が一定になるような調整を安定的にでき、部品全体に生じる捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックを安定して抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法の説明図である。 本発明の実施の形態３に係るプレス成形方法の説明図である。 実施例に係るプレス成形品の目標形状の説明図である（その１）。 実施例に係るプレス成形品の目標形状の説明図である（その２）。 実施例に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。 実施例に係るスプリングバック量の評価方法の説明図である。 実施例に係るスプリングバック量の評価結果を示すグラフである。 本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法で成形されるプレス成形品の斜視図である。 本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形装置の金型の斜視図である。 本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法の説明図である。 本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの発生メカニズムの説明図である。 本発明の課題の説明図であって、従来のプレス成形方法によって成形された成形品におけるスプリングバックの説明図である。 従来のプレス成形装置及びプレス成形方法の説明図である。 図１４に示したプレス成形方法におけるスプリングバック抑制のメカニズムの説明図である（その１）。 図１４に示したプレス成形方法におけるスプリングバック抑制のメカニズムの説明図である（その２）。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る一例として図１に示すプレス成形装置１は、図４に例示するパンチ底部５１ａとパンチ底部５１ａの両側から連続する一対の縦壁部５１ｂ、５１ｃとからなり長手方向に延びる溝形状部５１ｄを有し、縦壁部５１ｂ、５１ｃのそれぞれに長手方向に沿って湾曲する湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆを有する成形品５１を目標形状に成形するものであって、図１に示すように、ダイ３と、下部パンチ５と、上部パンチ７と、上部パンチ支持機構９とを備えている。以下、プレス成形装置１の各構成を説明する。

＜ダイ＞
ダイ３は、パッド１１と、パッド１１の両側に配置されて縦壁部５１ｂ、５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを成形する縦壁・フランジ成形部１３と、パッド１１および縦壁・フランジ成形部１３を保持する上型ダイホルダ１５と、を有してなるものである。

≪パッド≫
パッド１１は、成形過程においてブランク６９を上部パンチ７に押し付けて把持するとともに、パンチ底成形部として上部パンチ７と協働してパンチ底部５１ａを成形するものである。
パッド１１は、パッド押付機構１７を介して上型ダイホルダ１５に保持されており、成形過程において、パッド押付機構１７によって上部パンチ７側に所定の押し付け力で押し付けられるようになっている。パッド押付機構１７としては、エアシリンダ等を用いることができる。

本発明に係るプレス成形装置１は、パッド１１と上部パンチ７でブランク６９を把持することでブランク６９が成形中に動かないようにすることができるようにパッド１１を設けることが望ましいが、本発明はパッドを使用しなくても実施できる。ただし、この場合には、パンチ底成形部を上型ダイホルダ１５に別途設ける必要がある。

≪縦壁・フランジ成形部≫
縦壁・フランジ成形部１３は、パッド１１の両側に配置されて縦壁部５１ｂ、５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを成形するものであり、内側縦壁・フランジ成形部１３ａ（図１中左側）と外側縦壁・フランジ成形部１３ｂ（図１中右側）が設けられている。ここで、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの内側と外側は、長手方向に沿って湾曲する成形品５１の湾曲の内側と外側を意味する。
そして、内側縦壁・フランジ成形部１３ａは、前記湾曲の内側である縦壁部５１ｂと湾曲内側フランジ部５１ｅを成形するのに対し、外側縦壁・フランジ成形部１３ｂは、前記湾曲の外側である縦壁部５１ｃと湾曲外側フランジ部５１ｆを成形する。
内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂは、内側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ａと外側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ｂによりそれぞれ上型ダイホルダ１５に支持されており、互いに他方と独立して高さを変更可能（高さ方向に移動可能）に構成されている。

≪縦壁・フランジ成形部支持機構≫
縦壁・フランジ成形部支持機構１９は、縦壁・フランジ成形部１３の少なくとも一方を他方と独立して高さを変更可能に支持するものであり、図１においては、内側縦壁・フランジ成形部１３ａの高さを変更可能に支持する内側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ａと、外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの高さを変更可能に支持する外側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ｂが設けられている。

内側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ａおよび外側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ｂは、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの成形過程における高さ方向の位置をそれぞれ独立して調整可能である。なお、縦壁・フランジ成形部支持機構１９としては、サーボモータを用いることが好ましい。

≪上型ダイホルダ≫
上型ダイホルダ１５は、パッド押付機構１７を介してパッド１１を保持し、縦壁・フランジ成形部支持機構１９を介して縦壁・フランジ成形部１３を支持するとともに、上型ダイホルダ１５を移動させることでダイ３全体を移動させるものであり、図示しないダイ駆動装置によって駆動される。
さらに、上型ダイホルダ１５には、パッド押付機構１７を収容するためのパッド押付機構収容部２１が設けられている。

＜下部パンチ＞
下部パンチ５は、縦壁・フランジ成形部１３と協働して目標形状の縦壁部５１ｂ、５１ｃの下部と湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを成形するものであり、図１に示すように、中央部に縦壁部５１ｂ、５１ｃの下部を成形するための縦壁下部成形部２３が設けられ、縦壁下部成形部２３の下端から連続して水平方向に張り出すフランジ成形部２５が設けられている。
下部パンチ５には、その内部に空洞部２７と、空洞部２７から縦壁下部成形部２３の中央を通り縦壁下部成形部２３の上面に至る連通溝２９が形成されている。

＜上部パンチ＞
上部パンチ７は、下部パンチ５に対して高さ方向で離接可能に（離れたり接したりできるように）設けられて、ダイ３と協働してパンチ底部５１ａおよび縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を成形するものである。

＜上部パンチ支持機構＞
上部パンチ支持機構９は、上部パンチ７の下面と下部パンチ５における縦壁下部成形部２３の上面との間のパンチギャップＧを調整可能に上部パンチ７を支持するものであり、下部パンチ５の空洞部２７内に設置されている。
上部パンチ支持機構９は、連通溝２９に上下動可能に配設されて上端が上部パンチ７の下面に接続されて上部パンチ７を下方から支持する支持部材３１と、支持部材３１の下端に接続されて空洞部２７の上部壁に当接することで支持部材３１の上動位置を規制するストッパ３３と、ストッパ３３の下部に接続されてストッパ３３を所定の支持力で支持するエアシリンダ等の支持装置３５とを備えている。

支持装置３５は、所定の支持力でストッパ３３を上方に押し上げることでストッパ３３の上面を空洞部２７の上面に押し当てた状態で上部パンチ７を支持しており、これにより、上部パンチ７の下面と下部パンチ５における縦壁下部成形部２３の上面との間に所定間隔のパンチギャップＧが形成される。
このパンチギャップＧは特許文献１における相対移動距離ｈ（図１４）に相当するものであるが、上部パンチ支持機構９によれば、ストッパ３３の上面と空洞部２７の上面との間にシム等を配設することでパンチギャップＧを容易に微調整することができる。

支持装置３５による上部パンチ７の支持力は、前述したパッド押付機構１７の押し付け力と比較して十分に大きくする必要がある。言い換えると、支持装置３５による支持力は、パッド押付機構１７の押し付け力とブランク６９の成形開始からクランプ時（図２（ｂ）参照）までのブランク６９の加工（成形）に必要な力の和よりも大きくする。このような支持力で上部パンチ７を支持することにより、上部パンチ７は下部パンチ５にしっかりと固定されるため、特許文献１の技術のような加工中のパンチの不安定性は解消される。

上記のように構成されたプレス成形装置１を用いたプレス成形方法は、以下の実施の形態２および実施の形態３にて説明する。

なお、上記の説明では、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの双方が個別に高さを変更可能に支持されているものであった。もっとも、本発明は、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのいずれか一方が高さを変更可能に支持されており、他方が上型ダイホルダ１５に固定しているものや、上型ダイホルダ１５を用いずに、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのうち、長手方向に沿って湾曲するフランジ部側にある縦壁・フランジ成形部１３の少なくとも一方が他方に対して高さを変更可能に支持されているものであってもよい。後者の場合、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの他方を移動させることで、ダイ３全体を移動させればよい。

また、上型ダイホルダ１５を移動させることで、ダイ３全体を移動させるものであったが、上型ダイホルダ１５を移動させずに、下部パンチ５と上部パンチ７をダイ３側に移動させるものであってもよい。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法は、図４に例示する成形品５１を、本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置１を用いて成形するものであって、前成形工程と、後成形工程とを備えたものである。以下、図２に基づいて各工程を説明する。

＜前成形工程＞
前成形工程は、図２（ａ）に示すプレス成形開始時から図２（ｂ）に示すクランプ時まで、上部パンチ７を下部パンチ５に対して所定のパンチギャップＧを設けて支持すると共に縦壁・フランジ成形部１３の一方（内側縦壁・フランジ成形部１３ａ）と他方（外側縦壁・フランジ成形部１３ｂ）を高さ方向で同じ位置にした状態でダイ３を下部パンチ５側に相対移動させて、縦壁・フランジ成形部１３と上部パンチ７によって縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を成形する工程である。
なお、縦壁・フランジ成形部１３の高さは、パンチ底部５１ａおよび縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を目標形状と同じ形状に成形する高さとしてもよい。

図２（ｂ）のクランプ時では、上部パンチ７が成形下死点（図２（ｃ））よりもパンチギャップＧだけ上方に押し上げられた状態にあるため、この状態で縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部が形成されると、ブランク幅方向端部（フランジ端部に相当する部位６９ａ、６９ｂ）が成形下死点の状態よりも内側（下部パンチ５側）に入り込む。そのため、プレス成形開始時の内側端６９ａの線長は引き伸ばされて長くなり（湾曲内側の伸びフランジ変形）、外側端６９ｂの線長は、縮められて短くなる（湾曲外側の縮みフランジ変形）。

＜後成形工程＞
後成形工程は、図２（ｂ）に示すクランプ時から図２（ｃ）に示す成形下死点まで、ダイ３を下部パンチ５側にさらに相対移動させることで上部パンチ７を下部パンチ５にパンチギャップＧがない状態に押しつけて、縦壁・フランジ成形部１３と下部パンチ５とで縦壁部５１ｂ、５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを目標形状に成形する工程である。

図２（ｂ）のクランプ時では、パッド押付機構１７がパッド押付機構収容部２１に収容され、パッド１１の上面が上型ダイホルダ１５の下面に当接されているため、図２（ｃ）の成形下死点に至る過程では、上型ダイホルダ１５が下降すると、上部パンチ７はパッド１１を介して上型ダイホルダ１５によって下方に押圧される。これにより、上部パンチ７が押し下げられてパンチギャップＧが小さくなるとともに、縦壁・フランジ成形部１３もさらに降下し、成形下死点ではパンチギャップＧがゼロになり、湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆが成形される。

このクランプ時から成形下死点までの過程では、内側端６９ａは外側に押し出される（湾曲中心に向かって流出する）変形をするため、内側端６９ａはクランプ時よりもわずかに短くなり、圧縮力が加わってクランプ時にフランジ端部相当部位に作用した張力と相殺して、成形下死点で目標形状相当の線長になる。他方、外側端６９ｂは、クランプ時から成形下死点までの過程では外側に押し出される（湾曲外側に向かって流出する）変形をするため、外側端６９ｂの線長はクランプ時よりもわずかに長くなり、引張力が加わって、クランプ時にフランジ端部相当部位に作用した圧縮力と相殺して、成形下死点で目標形状相当の線長になる。

以上のように、本実施の形態２に係るプレス成形方法によれば、湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆにおいては、図１６に示したようなひずみの戻し操作が行われ、残留応力の低減をすることができる。
そして、縦壁部５１ｂ、５１ｃを成形するパンチが上下で分割されて、上部パンチ７と下部パンチ５のパンチギャップＧを調整可能にしているので、シム等をかませることでパンチギャップＧの微調整が可能になっている。パンチギャップＧを微調整することで、ひずみの戻し量をコントロールできるので、スプリングバックの低減に最も適切なパンチギャップＧにすることができ、スプリングバックを安定的かつ効果的に防止できる。

また、上記は内側フランジおよび外側フランジともに湾曲する例を示したが、内側フランジまたは外側フランジのいずれかが湾曲する目標形状においても上記手段が適用できて、スプリングバックが防止できる。

なお、上記の説明は、後成形工程においてダイ３を下部パンチ５側に移動させて上部パンチ７と下部パンチ５との間にパンチギャップＧがなくなった時点で、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのいずれもが下部パンチ５のフランジ成形部２５との間に隙間（ダイギャップｇ）がない状態となるように、前成形工程および後成形工程において内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂを高さ方向で同じ位置にしたものである。
この場合、前成形工程においてパンチギャップＧを保ったままダイ３を下部パンチ５側に移動させたクランプ時（図２（ｂ））において、パンチ底部５１ａと縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を目標形状に成形するとよい。

もっとも、本実施の形態２に係るプレス成形方法は、クランプ時においてパンチ底部５１ａと縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を目標形状に成形するものに限るものではなく、後成形工程において上部パンチ７と下部パンチ５との間にパンチギャップＧがなくなった時点で目標形状となるように、前成形工程において縦壁・フランジ成形部１３の一方と他方を同じ高さにした状態で成形し、後成形工程においてパンチギャップＧがなくなった後、縦壁・フランジ成形部１３を下部パンチ５側に移動させて縦壁部５１ｂ、５１ｃの下部と湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆを成形するものであってもよい。

さらに、本実施の形態２に係るプレス成形方法は、前成形工程においては、縦壁・フランジ成形部１３の一方と他方を異なる高さにした状態でダイ３を下部パンチ５側に移動させて成形し、後成形工程において縦壁・フランジ成形部１３の一方と他方をそれぞれ下部パンチ５側に移動させてパンチ底部５１ａと縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部を目標形状に成形するものであってもよい。

［実施の形態３］
実際のプレス成形においては、ある部品のプレス成形を連続して行う前にプレストライを行って、成形品の形状を測定した結果をもとに、金型を微調整する。その際、湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆにおけるひずみの戻し量を個別に調整できれば、捩れや曲がりといった３次元的なスプリングバックを効果的に防止できる。
そこで、本実施の形態３では、湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆにおけるひずみの戻し量を個別に調整するプレス成形方法について説明する。

本発明の実施の形態３に係るプレス成形方法は、図４に例示する目標形状の成形品５１を、本発明の実施の形態１に係るプレス成形装置１を用いて成形するものであって、第１成形工程と、第２成形工程と、第３成形工程とを備えたものである。以下、図３に基づいて各工程を説明する。

＜第１成形工程＞
第１成形工程は、上部パンチ７を下部パンチ５に対して所定のパンチギャップＧを設けて支持した状態でダイ３を下部パンチ５側に相対移動させる工程である。

図３においては、図３（ａ）に示すプレス成形開始時において内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂとが高さ方向で異なる位置となるように内側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ａおよび外側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ｂによりそれぞれの位置を調整し、該高さ方向の位置を保ったまま、図３（ｂ）に示すクランプ時の状態まで上型ダイホルダ１５を下部パンチ５側に移動させている。このときの内側縦壁・フランジ成形部１３ａまたは外側縦壁・フランジ成形部１３ｂは、上部パンチ７に対する相対的な位置を成形下死点（図３（ｄ）に示す第２下死点）に比べて上方となるように設定しているため、クランプ時においては、パンチ底部５１ａと縦壁部５１ｂ、５１ｃの上部は、目標形状には至ってないものの概ね成形されればよい。
この場合、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのそれぞれについて、ダイギャップｇ_１およびｇ_２を形成させる。

また、図３（ｂ）のクランプ時では、パッド押付機構１７がパッド押付機構収容部２１に収容され、パッド１１の上面が上型ダイホルダ１５の下面に当接している状態である。

＜第２成形工程＞
第２成形工程は、ダイ３を下部パンチ５側にさらに相対移動させることで上部パンチ７を下部パンチ５に対してパンチギャップＧがない状態に押しつける工程である。
図３においては、クランプ時（図３（ｂ））において内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂとが高さ方向で異なる位置に調整されたまま第１下死点（図３（ｃ））までダイ３を下部パンチ５側に移動させて、上部パンチ７と下部パンチ５との間のパンチギャップＧがない状態に形成させる。

＜第３成形工程＞
第３成形工程は、縦壁・フランジ成形部１３をフランジ成形部２５側にさらに移動させてダイギャップがない状態にすることで、縦壁部５１ｂ、５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｅ、湾曲外側フランジ部５１ｆを目標形状に成形する工程である。
図３においては、図３（ｂ）から図３（ｄ）まで、内側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ａおよび外側縦壁・フランジ成形部支持機構１９ｂにより内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂをそれぞれ個別に移動させることで、ダイギャップｇ_１およびｇ_２がない状態にする。

本実施の形態３に係るプレス成形方法の作用効果は以下のとおりである。
図３（ａ）のプレス成形開始時の例において、内側縦壁・フランジ成形部１３ａの高さ方向位置は外側縦壁・フランジ成形部１３ｂよりも若干だけ高く設定されている。

そして、図３（ａ）のプレス成形開始時の状態から図３（ｂ）のクランプ時の状態までの第１成形工程では、実施の形態２と同様に、上部パンチ７がパンチギャップＧを保ったままダイ３が下降することにより、ブランク幅方向端部（フランジ端部に相当する部位６９ａ、６９ｂ）が成形下死点の状態よりも内側（下部パンチ５側）に入り込む。そのため、プレス成形開始時に比べると、内側端６９ａの線長は引き伸ばされて長くなり（湾曲内側の伸びフランジ変形）、外側端６９ｂの線長は、縮められて短くなる（湾曲外側の縮みフランジ変形）。ただし、内側縦壁・フランジ成形部１３ａの位置が外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの位置よりも高いので、外側端６９ｂの方が内側端６９ａよりも内側に入りこんでおり、両者の間では内側に入り込む量に差が生じている。

次に、クランプ時（図３（ｂ））から第１下死点（図３（ｃ））に至る第２成形工程では、ダイ３がさらに下降することで上部パンチ７が下部パンチ５側に押し込まれてパンチギャップＧがゼロになる。さらに、続く第１下死点から第２下死点に至る第３成形工程では、縦壁・フランジ成形部１３がフランジ成形部２５側に移動してダイギャップｇ_１、ｇ_２がゼロになり、縦壁部５１ｂ、５１ｃと湾曲内側フランジ部５１ｅ、湾曲外側フランジ部５１ｆが目標形状に成形される。

前述のとおり、クランプ時においては、外側端６９ｂは内側端６９ａよりも内側に入り込んでいるため、このクランプ時から第１下死点を経て第２下死点に至る過程（第２成形工程および第３成形工程）では、湾曲外側フランジ部５１ｆにおけるひずみの戻し量は、湾曲内側フランジ部５１ｅのひずみの戻し量よりも多くなる。

このように、本実施の形態３においては内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂを個別に高さ方向移動可能、すなわち独立して高さを変更可能にしたことにより、金型自体の形状を変えることなく、湾曲内側フランジ部５１ｅと湾曲外側フランジ部５１ｆの各ひずみの戻し量を個別に制御することができ、より精密に曲がりや捩れのスプリングバックを制御することができる。
本発明の実施の形態３のこのような柔軟性は、微調整を繰り返すプレスショップにおいて大きな優位性を有していると言える。

上記の説明は、成形開始時から第１下死点に至る過程において内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの高さ方向の位置に違いを設けることで、ブランクの内側端と外側端の内側に入り込む量に差を設けることを意図したものである。これにより、クランプ時から第２下死点までの過程でひずみの戻し量に違いを生じさせることができる。

本発明のプレス成形方法による作用効果について、プレス成形実験を行って検証したので、以下これについて説明する。
プレス成形した成形品５１の目標形状は、図４および図５に示すように、ハット断面を有する長手方向に沿って湾曲した形状であり、長さは1000mm、断面の高さは30mm、パンチ底部５１ａの幅は20mm、湾曲内側フランジ部５１ｅおよび湾曲外側フランジ部５１ｆの幅は25mm、形状の幅中心の長手方向湾曲曲率半径は1000mmである。ブランク６９として、板厚1.2mmの引張強度980MPa級の鋼板を使用した。プレス機には1000tonf油圧プレス機を用いた。

本発明例として、図１に示すプレス成形装置１を用いて、上部パンチ７と下部パンチ５との間のパンチギャップＧと、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂの高さ（ダイギャップｇ_１およびｇ_２）をそれぞれ個別に設定した。
これに対し、比較例として、図１４に示すプレス成形装置５９を用いて、特許文献１の方法を用い、相対移動距離ｈを変化させた。比較例、本発明例ともに、パッドを使用し、パッド圧は50tonfとした。

成形品５１の評価は、図６に示す曲がり量Δyと図７に示す捩れ量Δθを比較することにより行った。
曲がり量Δyは、以下の方法で測定した。まず、成形された成形品５１の形状を３次元形状測定装置で測定した。その後、CADソフトウェア上で長手方向中央の湾曲部が設計形状と合うように測定形状データの位置合わせを行った後、部品端における測定形状データと設計形状データのY座標差異（曲がり量Δy、図６参照）を算出し、この曲がり量Δyをスプリングバックによる曲がり変形の指標とした。

曲がり量Δyは、正ならば部品の湾曲曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）方向に曲がり変形したことを、負ならば湾曲曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）方向に曲がり変形したことを意味する。そして、絶対値が小さければスプリングバック量が少ないことを意味する。

一方、捩れ量Δθの測定は、以下の方法により行った。
曲がり量Δyの測定方法と同様、長手方向中央の湾曲部が設計形状と合うように測定形状データの位置合わせを行った後、図７に示すように湾曲部中央と端部の断面形状を抽出した。抽出した断面形状は図７の模式図のようになっている。測定形状のパンチ底部分と、設計形状のパンチ底部分のなす角（スプリングバックによる回転角）を、図７の回転角の方向を正として測定し、湾曲部中央のパンチ底回転角θ_Cと、端部のパンチ底回転角θ_Eから、捩れ量をΔθ=θ_E−θ_Cとして計算した。

本発明例１では、パンチギャップＧを10mm、内側縦壁・フランジ成形部１３ａのダイギャップｇ_１を17mm、外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのダイギャップｇ_２を15mmとした場合、曲がり量Δy、捩れ量Δθともに、ゼロに近い値にすることができた。
本発明例２では、縦壁・フランジ成形部１３の高さを同じにして成形した場合であり、内側縦壁・フランジ成形部１３ａ、外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのダイギャップｇ_１、ｇ_２を同時に2.5mmから25mmまで変更して（パンチギャップＧも同時に変更して）、曲がり量Δyと捩れ量Δθを測定した結果を、曲がり量Δyを○、捩れ量Δθを△で図８にプロットして示す。本発明例２では、ダイギャップｇ_１=ｇ_２=11.8mmとした場合、曲がり量Δｙがほぼゼロとなり、ダイギャップｇ_１=ｇ_２=18.2mmとした場合、捩れ量Δθがほぼゼロになった。
また、従来例として、図１１に示す一体型のダイ５３を用いる場合、すなわち、相対移動距離ｈ=0mmの場合、曲がり量Δｙ=7.3mm、捩れ量Δθ=6.0°と本発明例１および本発明例２に比べて著しく低下していた。

本実施例からわかるように、本発明の方法では、パンチギャップＧを設定することに加え、内側縦壁・フランジ成形部１３ａと外側縦壁・フランジ成形部１３ｂのダイギャップｇ_１、ｇ_２をそれぞれ独立に設定することができ、曲がり量と捩れ量が、ともにゼロに近い値になるような操業条件を探して設定することができる。また、曲がり量のみ、捩れ量のみをゼロに近い値になるよう操業条件を探して設定することも、同じ装置で可能とする。

１ プレス成形装置
３ ダイ
５ 下部パンチ
７ 上部パンチ
９ 上部パンチ支持機構
１１ パッド
１３ 縦壁・フランジ成形部
１３ａ 内側縦壁・フランジ成形部
１３ｂ 外側縦壁・フランジ成形部
１５ 上型ダイホルダ
１７ パッド押付機構
１９ 縦壁・フランジ成形部支持機構
１９ａ 内側縦壁・フランジ成形部支持機構
１９ｂ 外側縦壁・フランジ成形部支持機構
２１ パッド押付機構収容部
２３ 縦壁下部成形部
２５ フランジ成形部
２７ 空洞部
２９ 連通溝
３１ 支持部材
３３ ストッパ
３５ 支持装置
＜成形品＞
５１ 成形品
５１ａ パンチ底部
５１ｂ 縦壁部（湾曲内側）
５１ｃ 縦壁部（湾曲外側）
５１ｄ 溝形状部
５１ｅ 湾曲内側フランジ部
５１ｆ 湾曲外側フランジ部
＜従来例＞
５３ ダイ
５５ パンチ
５７ プレス成形金型
５９ プレス成形装置
６１ ダイ
６３ フランジ成形用ダイ
６５ 支持機構
６７ パンチ
６９ ブランク
６９ａ 内側端
６９ｂ 外側端
７１ パッド
＜記号＞
Ｇ パンチギャップ
ｇ ダイギャップ
ｇ_１ 内側縦壁・フランジ成形部のダイギャップ
ｇ_２ 外側縦壁・フランジ成形部のダイギャップ
ｈ 相対移動距離

Claims (3)

1. パンチ底部と該パンチ底部の両側から連続する一対の縦壁部とからなり長手方向に延びる溝形状部を有し、前記縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する成形品を目標形状に成形するプレス成形装置であって、
   前記パンチ底部を成形するパンチ底成形部と、該パンチ底成形部の両側に配置されて前記縦壁部と前記フランジ部とを成形する縦壁・フランジ成形部を有するダイと、
   該ダイと協働して前記縦壁部の下部と前記フランジ部を成形する下部パンチと、
   該下部パンチに対して高さ方向で離接可能に（離れたり接したりできるように）設けられ、前記ダイと協働して前記パンチ底部および前記縦壁部の上部を成形する上部パンチと、
   前記下部パンチ内に設置され、該上部パンチと前記下部パンチとの間のパンチギャップを調整可能に前記上部パンチを支持する上部パンチ支持機構とを備え、
   前記長手方向に沿って湾曲するフランジ部側にある前記縦壁・フランジ成形部の少なくとも一方は他方と独立して高さを変更可能に構成されていることを特徴とするプレス成形装置。
2. パンチ底部と該パンチ底部の両側から連続する一対の縦壁部とからなり長手方向に延びる溝形状部を有し、前記縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項１に記載のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
   前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持すると共に前記縦壁・フランジ成形部の一方と他方を同じ高さ又は異なる高さにした状態で前記ダイを前記下部パンチ側に移動させて、前記ダイと前記上部パンチによって前記縦壁部の上部を成形する前成形工程と、
   前記ダイを前記下部パンチ側にさらに移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつけて、前記ダイと前記下部パンチとで前記縦壁部およびフランジ部を前記目標形状に成形する後成形工程と、を備えたことを特徴とするプレス成形方法。
3. 長手方向に延びる溝形状部を有し、該溝形状部を形成する一対の縦壁部の少なくとも一方に長手方向に沿って湾曲するフランジ部を有する目標形状の成形品を、請求項１に記載のプレス成形装置を用いて成形するプレス成形方法であって、
   前記上部パンチを前記下部パンチに対して所定のパンチギャップを設けて支持した状態で前記ダイを前記下部パンチ側に移動させ前記縦壁・フランジ成形部を前記下部パンチのフランジ成形部との間に所定のダイギャップを形成する第１成形工程と、
   前記ダイを前記下部パンチ側にさらに移動させることで前記上部パンチを前記下部パンチに前記パンチギャップがない状態に押しつける第２成形工程と、
   前記縦壁・フランジ成形部を前記フランジ成形部側にさらに移動させて前記ダイギャップがない状態にすることで、前記目標形状に成形する第３成形工程と、を備え、
   前記１成形工程において形成されるダイギャップが、前記縦壁・フランジ成形部の一方と他方で異なるように、前記第１成形工程において前記変更可能な縦壁・フランジ成形部の高さを調整することを特徴とするプレス成形方法。

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